CN212433366U - 用于确定电缆发生接地故障的装置及系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于确定电缆发生接地故障的装置及系统，属于电力工程技术领域。所述装置包括信号检测组件、信号控制组件和故障提示组件，其中位于地面以上的电缆穿过信号检测组件中的零序电流互感器的一次侧，当电缆发生接地故障时，零序电流互感器的二次侧可产生零序电流；当零序电流互感器内有电流通过时，由桥式整流器和信号控制组件可调电阻、固定电阻、三极管和继电器构成的闭合回路中的三极管饱和导通并放大电路内的电流，当继电器线圈有相当的电流流过，继电器吸合，进而故障提示组件的第一开关闭合和第二开关闭合，可以提示值班人员有接地故障发生及时进行抢修工作。该装置可以在电缆运行中确定电缆发生接地故障，节约了生产成本。

Description

用于确定电缆发生接地故障的装置及系统

技术领域

本申请涉及电力工程技术领域，特别涉及一种用于确定电缆发生接地故障的装置及系统。

背景技术

在配电系统中，配电线路大多采用电缆来实现电力的传输。虽然电缆具有安全、可靠等优点，但是由于电缆本身的制造工艺、检修工艺、绝缘老化、外力损伤等原因，在运行中会出现不同类型的故障。目前，由于电缆通常深埋于地下，因而易出现接地故障，影响配电系统内设备的正常运行。

目前，配电线路中通常包括多个电缆，例如3～4个，当变电站中发现配电线路发生接地故障时，通常采用离线检测方法，对每个电缆逐一停电检测确认。然而，由于离线检测方法需要停电进行，不仅影响了正常生产，而且增加了生产成本。

实用新型内容

鉴于此，本申请提供一种用于确定电缆发生接地故障的装置及系统，可以在电缆的运行过程中，确定电缆发生了接地故障，节约了生产成本。

具体而言，包括以下的技术方案：

一方面，本申请实施例提供了一种用于确定电缆发生接地故障的装置，所述装置包括信号检测组件、信号控制组件和故障提示组件，其中，

所述信号检测组件包括零序电流互感器、分压器、变压器和桥式整流器，位于地面以上的电缆穿过所述零序电流互感器的一次侧，所述零序电流互感器的二次侧与所述分压器的一端连接，所述分压器的另一端与大地连接，所述变压器的输入端与所述分压器并联，所述变压器的输出端分别与所述桥式整流器的第一输入端和第二输入端连接，所述桥式整流器的第二输出端为直流电源公共端；

所述信号控制组件包括可调电阻、固定电阻、三极管和继电器，所述桥式整流器的第一输出端与所述可调电阻的一端连接，所述桥式整流器的第二输出端与所述继电器的一端连接，所述可调电阻的另一端分别与所述固定电阻的一端和所述三极管的发射极连接，所述固定电阻的另一端与所述三极管的基极连接，所述继电器的另一端与所述三极管的集电极连接；

所述故障提示组件包括第一开关、响铃件、第二开关、信号发送器和信号接收器，所述第一开关的一端与所述响铃件的一端连接，所述响铃件的另一端与所述第一开关的另一端连接，所述第二开关的一端与所述信号发送器的一端连接，所述信号发送器的另一端与所述第二开关的另一端连接，所述信号发送器与所述信号接收器信号连接。

在一种可能设计中，所述分压器的另一端与所述零序电流互感器的外壳连接，所述零序电流互感器的外壳与大地连接。

在一种可能设计中，所述信号检测组件还包括滤波电容，所述滤波电容的一端分别与所述桥式整流器的第一输出端和所述可调电阻的一端连接，所述滤波电容的另一端分别与所述桥式整流器的第二输出端和所述继电器的一端连接。

在一种可能设计中，所述信号检测组件还包括电流表，所述电流表与所述分压器并联。

在一种可能设计中，所述电流表为毫安表。

在一种可能设计中，所述固定电阻包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的一端和所述第二电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端分别与所述可调电阻的另一端和所述三极管的发射极连接，所述第二电阻的另一端与所述三极管的基极连接。

在一种可能设计中，所述信号控制组件还包括旁路电容，所述旁路电容的一端分别与所述第一电阻的一端和所述第二电阻的一端连接，所述旁路电容的另一端分别与所述桥式整流器的第二输出端和所述继电器的一端连接。

在一种可能设计中，所述信号控制组件还包括二极管，所述二极管与所述继电器并联。

在一种可能设计中，所述故障提示组件还包括提示灯和电源，所述提示灯的一端与所述响铃件的另一端连接，所述提示灯的另一端与电源的一端连接，所述电源的另一端与所述第一开关的另一端连接。

另一方面，本申请实施例还提供了一种用于确定电缆发生接地故障的系统，所述系统包括多个如上述任一种所述的用于确定电缆发生接地故障的装置和多个电缆，所述用于确定电缆发生接地故障的装置中的零序电流互感器一一对应地套设在位于地面以上的所述电缆上。

本申请实施例提供的技术方案的有益效果至少包括：

当电缆发生接地故障时，零序电流互感器内有电流通过，使得分压器分压，进而变压器的输入端可以从分压器上得到电压，并从变压器的输出端输出电压，传输给与桥式整流器，由于桥式整流器的第二输出端为直流电源公共端，因而桥式整流器可变成直流电源，使得由桥式整流器、可调电阻、固定电阻、三极管和继电器构成的闭合回路中的三极管饱和导通并放大电路内的电流，从而继电器线圈有相当的电流流过，继电器吸合，进而故障提示组件的第一开关闭合和第二开关闭合，一方面，响铃件发出报警铃声，可以提示现场操作人员有接地故障发生；另一方面，信号发送器向信号接收器发送故障发生信号，在信号接收器接收到故障发生信号后，可以提示值班人员有接地故障发生，便于值班人员及时通知电力维修人员进行抢修工作。

该用于确定电缆发生接地故障的装置可以在电缆的运行过程中，确定电缆发生了接地故障，便于快速抢修作业，节约了生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种用于确定电缆发生接地故障的装置的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种用于确定电缆发生接地故障的系统的结构示意图。

图中的附图标记分别表示为：

1-用于确定电缆发生接地故障的装置，

11-信号检测组件，

111-零序电流互感器，

112-分压器，

113-变压器，

114-桥式整流器，

1141-第一输入端，

1142-第二输入端，

1143-第一输出端，

1144-第二输出端，

115-滤波电容，

116-电流表，

117-第一壳体，

12-信号控制组件，

121-可调电阻，

122-固定电阻，

1221-第一电阻，

1222-第二电阻，

123-三极管，

1231-发射极，

1232-基极，

1233-集电极，

124-继电器，

125-旁路电容，

126-二极管，

127-第二壳体，

13-故障提示组件，

131-第一开关，

132-响铃件，

133-第二开关，

134-信号发送器，

135-信号接收器，

136-提示灯，

137-电源，

138-第三壳体，

139-第四壳体，

2-电缆。

通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

除非另有定义，本申请实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。

为使本申请的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

在配电系统中，配电线路大多采用电缆来实现电力的传输。虽然电缆具有安全、可靠等优点，但是由于电缆本身的制作工艺、检修工艺、绝缘老化、外力损伤等原因，在运行中会出现不同类型的故障。

对于深埋于地下的电缆而言，当电缆出现损伤时，例如由于绝缘老化，使得电缆的一相发生接地故障，易给配电系统的安全可靠的运行带来不可估算的经济损失。由于配电系统中的电缆通常是多个共同运行，例如3～4个，当某一个电缆发生接地故障发生后，如果不能够及时地发现，使得电器设备长时间的接地缺相运行，一些设备的绝缘性能势必造成破坏，影响了设备的正常运行，严重时还会烧毁变压器、电动机，扩大故障范围，影响正常的生产。

目前，当在变电站中发现配电线路发生接地故障时，通常采用离线检测方法，对每个电缆逐一停电检测确认，以确定发生接地故障的电缆。但是，由于离线检测方法需要停电进行，不仅影响了正常生产，而且增加了生产成本。

为了解决现有技术中存在的问题，本申请实施例提供了一种用于确定电缆发生接地故障的装置1，其结构示意图如图1所示。

参见图1，该装置1包括信号检测组件11、信号控制组件12和故障提示组件13。

其中，信号检测组件11包括零序电流互感器111、分压器112、变压器113和桥式整流器114，位于地面以上的电缆2穿过零序电流互感器111的一次侧，即零序电流互感器111可以套设在电缆头上，即位于地面以上的电缆2的端口处；零序电流互感器111的二次侧与分压器112的一端连接，分压器112的另一端与大地连接，变压器113的输入端与分压器112并联，变压器113的输出端分别与桥式整流器114的第一输入端1141和第二输入端1142连接，桥式整流器114的第二输出端1144为直流电源公共端。

需要说明的是，零序电流互感器111的工作原理是基于基尔霍夫电流定律，即流入电路中任一节点的复电流的代数和等于零。在电缆2未出现接地故障时，各相电流的矢量和等于零，因此，零序电流互感器111的二次侧绕组无电流通过。当电缆2发生接地故障时，各相电流的矢量和不为零，故障电流使零序电流互感器111的环形铁芯中产生磁通，零序电流互感器111的二次侧感应电压，并有电流通过。

信号控制组件12包括可调电阻121、固定电阻122、三极管123和继电器124，桥式整流器114的第一输出端1143与可调电阻121的一端连接，桥式整流器114的第二输出端1144与继电器124的一端连接，可调电阻121的另一端分别与固定电阻122的一端和三极管123的发射极1231连接，固定电阻122的另一端与三极管123的基极1232连接，继电器124的另一端与三极管123的集电极1233连接。

在这里，直流电源公共端表示电路接地，当桥式整流器114作为直流电源时，其为电源的负极。

故障提示组件13包括第一开关131、响铃件132、第二开关133、信号发送器134和信号接收器135，第一开关131的一端与响铃件132的一端连接，响铃件132的另一端与第一开关131的另一端连接，使得第一开关131和响铃件132构成闭合回路；第二开关133的一端与信号发送器134的一端连接，信号发送器134的另一端与第二开关133的另一端连接，使得二开关133和信号发送器134构成闭合回路；信号发送器134与信号接收器135信号连接，使得信号发送器134和信号接收器135可以位于不同处。

本申请实施例提供的用于确定电缆发生接地故障的装置1的工作原理为：

当电缆2发生接地故障时，零序电流互感器111内有电流通过，使得分压器112分压，进而变压器113的输入端可以从分压器112上得到电压，并从变压器113的输出端输出电压，传输给桥式整流器114，由于桥式整流器114的第二输出端1144为直流电源公共端，因而桥式整流器114可变成直流电源，使得由桥式整流器114、可调电阻121、固定电阻122、三极管123和继电器124构成的闭合回路中的三极管123饱和导通并放大电路内的电流，从而继电器124线圈有相当的电流流过，继电器124吸合，进而故障提示组件13的第一开关131闭合和第二开关133闭合，一方面，响铃件132发出报警铃声，可以提示现场操作人员有接地故障发生；另一方面，信号发送器134向信号接收器135发送故障发生信号，在信号接收器135接收到故障发生信号后，可以提示值班人员有接地故障发生，便于值班人员及时通知电力维修人员进行抢修工作。

因此，本申请实施例提供的用于确定电缆发生接地故障的装置1利用信号检测组件11、信号控制组件12和故障提示组件13，可以在电缆2的运行过程中，确定电缆2发生了接地故障，便于快速抢修作业，节约了生产成本。

对于信号检测组件11，信号检测组件11用于检测获取零序电流信号。

在一种可能设计中，零序电流互感器111为圆环形，可以通过支架(图中未显示)固定在地面上。

在一种可能设计中，参见图1，分压器112的另一端与零序电流互感器111的外壳连接，零序电流互感器111的外壳与大地连接，防止由于零序电流互感器111带电而使操作人员操作时触电。

在一种可能设计中，信号检测组件11还包括滤波电容115，滤波电容115的一端分别与桥式整流器114的第一输出端1143和可调电阻121的一端连接，滤波电容115的另一端分别与桥式整流器114的第二输出端1144和继电器124的一端连接。

通过设置滤波电容115，可以有效消除桥式整流器114整流后直流中仍存在的交流部分。

可以理解的是，分别与桥式整流器114的第一输出端1143和可调电阻121的一端连接的滤波电容115的一端为正极，分别与桥式整流器114的第二输出端1144和继电器124的一端连接的另一端为负极。

在一种可能设计中，参见图1，除了零序电流互感器111、分压器112、变压器113、桥式整流器114和滤波电容115之外，信号检测组件11还包括电流表116，电流表116与分压器112并联，利用电流表116可以测取得到零序电流互感器111内电流的数值。

可选的，电流表116为毫安表，以便于操作人员观察电流的取值。

在一种可能设计中，变压器113为隔离耦合电压器，防止高电压穿过。

在一种可能设计中，零序电流互感器111、分压器112、变压器113、桥式整流器114、滤波电容115和电流表116可以均位于第一壳体117内，利用第一壳体117可以实现对零序电流互感器111、分压器112、变压器113、桥式整流器114、滤波电容115和电流表116的支撑和保护。

对于信号控制组件12而言，信号控制组件12用于放大电路内的电流，使得继电器124吸合。

在一种可能设计中，参见图1，固定电阻122包括第一电阻1221和第二电阻1222，第一电阻1221的一端和第二电阻1222的一端连接，第一电阻1221的另一端分别与可调电阻121的另一端和三极管123的发射极1231连接，第二电阻1222的另一端与三极管123的基极1232连接。

如此设置，使得第一电阻1221和第二电阻1222均可以为三极管123分压，防止经过三极管123的电流过大，起到保护三极管123的作用；同时，第一电阻1221和第二电阻1222所在电路还可以为三极管123提供触发电流。

可选的，第一电阻1221的取值范围可以为1k～1.5k。

可选的，第二电阻1222的取值范围可以为750Ω～1k。

可选的，可调电阻121的取值范围可以为5k～150k。

在一种可能设计中，信号控制组件12还包括旁路电容125，旁路电容125的一端分别与第一电阻1221的一端和第二电阻1222的一端连接，旁路电容125的另一端分别与桥式整流器114的第二输出端1144和继电器124的一端连接。

通过设置旁路电容125，可以消除电源上的杂波信号，防止杂波信号的干扰，并为三极管123提供导通电压和电流。

在一种可能设计中，参见图1，信号控制组件12还包括二极管126，二极管126与继电器124并联，且与继电器124反向并联。

通过设置二极管126，防止继电器124断开时产生的反电势对电路造成影响或损坏三极管123，而二极管126与继电器124反向为的是给反电势提供一个回路。

在一种可能设计中，可调电阻121、固定电阻122、三极管123、继电器124、旁路电容125和二极管126可以均位于第二壳体127内，利用第二壳体127可以实现对可调电阻121、固定电阻122、三极管123、继电器124、旁路电容125和二极管126的支撑和保护。

对于故障提示组件13而言，故障提示组件13用于提示操作人员电缆2出现了接地故障，需要尽快处理解决。

可以理解的是，当信号控制组件12内的继电器124吸合后，第一开关131和第二开关133即可闭合，使得第一开关131和第二开关133所在线路导通。

在一种可能设计中，参见图1，故障提示组件13还包括提示灯136和电源137，提示灯136的一端与响铃件132的另一端连接，提示灯136的另一端与电源137的一端连接，电源137的另一端与第一开关131的另一端连接。

其中，电源137可以为响铃件132和提示灯136提供电力支持，当第一开关131闭合后，响铃件132响铃，提示灯136亮灯，发出报警的声音和灯光提示，便于操作人员及时发现。

可选的，电源137可以为220V交流电。

可选的，提示灯136可以为闪光报警灯。

在一种可能设计中，第一开关131、响铃件132和部分提示灯136位于第三壳体138内，提示灯136的另一部分位于第三壳体138外，利用第三壳体138对第一开关131、响铃件132和提示灯136提供支撑和保护。

在一种可能设计中，第二开关133和信号发送器134可以位于第四壳体139内，利用第四壳体139实现对第二开关133和信号发送器134的保护。

在一种可能设计中，信号接收器135可以位于远离电缆2的监控室内，且监控室内有值班人员值守。

当第二开关133闭合后，信号发送器134工作，可以发出故障提示信号给信号接收器135，使得信号接收器135接收到该故障提示信号后将信号转换为故障提示信息后，及时显示给值班人员，无需操作人员去现场逐一排查发现，提高了工作效率。

在一种可能示例中，操作人员可以将本申请实施例提供的用于确定电缆发生接地故障的装置1置于电缆2露出地面的部分的一侧，使得位于地面以上的电流2穿过信号检测组件11的零序电流互感器111的一次侧，并放置好第一壳体117、第二壳体127、第三壳体138和第四壳体139后，即可离开。

另一方面，本申请实施例还提供了一种用于确定电缆发生接地故障的系统，其结构示意图如图2所示，该系统包括多个如上所述的用于确定电缆发生接地故障的装置1和多个电缆2。

其中，用于确定电缆发生接地故障的装置1中的零序电流互感器111一一对应地套设在位于地面以上的电缆2上，也就是说，用于确定电缆发生接地故障的装置1的个数与电缆2的个数相同。

可以理解的是，用于确定电缆发生接地故障的装置1中的其他部件位于其对应的电缆2的一侧。

可选的，电缆2可以为高压电缆。

由于配电系统中的电缆2通常是多个共同运行的，例如3～4个，如果仅对多个电缆中的一个进行接地故障的确认并不能满足检测需要，因而需要对每个电缆2均对应设置用于确定电缆发生接地故障的装置1，确保每个电缆2都可以得到检测并及时发现接地故障问题。

基于该系统使用了用于确定电缆发生接地故障的装置1，因而可以在每个电缆2的运行过程中，确定电缆2发生了接地故障，有助于操作人员及时发现接地故障，便于快速抢修作业，节约了生产成本。

在本申请中，术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的本申请后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种用于确定电缆发生接地故障的装置(1)，其特征在于，所述装置(1)包括信号检测组件(11)、信号控制组件(12)和故障提示组件(13)，其中，

所述信号检测组件(11)包括零序电流互感器(111)、分压器(112)、变压器(113)和桥式整流器(114)，在位于地面以上的电缆(2)穿过所述零序电流互感器(111)的一次侧，所述零序电流互感器(111)的二次侧与所述分压器(112)的一端连接，所述分压器(112)的另一端与大地连接，所述变压器(113)的输入端与所述分压器(112)并联，所述变压器(113)的输出端分别与所述桥式整流器(114)的第一输入端(1141)和第二输入端(1142)连接，所述桥式整流器(114)的第二输出端(1144)为直流电源公共端；

所述信号控制组件(12)包括可调电阻(121)、固定电阻(122)、三极管(123)和继电器(124)，所述桥式整流器(114)的第一输出端(1143)与所述可调电阻(121)的一端连接，所述桥式整流器(114)的第二输出端(1144)与所述继电器(124)的一端连接，所述可调电阻(121)的另一端分别与所述固定电阻(122)的一端和所述三极管(123)的发射极(1231)连接，所述固定电阻(122)的另一端与所述三极管(123)的基极(1232)连接，所述继电器(124)的另一端与所述三极管(123)的集电极(1233)连接；

所述故障提示组件(13)包括第一开关(131)、响铃件(132)、第二开关(133)、信号发送器(134)和信号接收器(135)，所述第一开关(131)的一端与所述响铃件(132)的一端连接，所述响铃件(132)的另一端与所述第一开关(131)的另一端连接，所述第二开关(133)的一端与所述信号发送器(134)的一端连接，所述信号发送器(134)的另一端与所述第二开关(133)的另一端连接，所述信号发送器(134)与所述信号接收器(135)信号连接。

2.根据权利要求1所述的用于确定电缆发生接地故障的装置(1)，其特征在于，所述分压器(112)的另一端与所述零序电流互感器(111)的外壳连接，所述零序电流互感器(111)的外壳与大地连接。

3.根据权利要求1所述的用于确定电缆发生接地故障的装置(1)，其特征在于，所述信号检测组件(11)还包括滤波电容(115)，所述滤波电容(115)的一端分别与所述桥式整流器(114)的第一输出端(1143)和所述可调电阻(121)的一端连接，所述滤波电容(115)的另一端分别与所述桥式整流器(114)的第二输出端(1144)和所述继电器(124)的一端连接。

4.根据权利要求1所述的用于确定电缆发生接地故障的装置(1)，其特征在于，所述信号检测组件(11)还包括电流表(116)，所述电流表(116)与所述分压器(112)并联。

5.根据权利要求4所述的用于确定电缆发生接地故障的装置(1)，其特征在于，所述电流表(116)为毫安表。

6.根据权利要求1所述的用于确定电缆发生接地故障的装置(1)，其特征在于，所述固定电阻(122)包括第一电阻(1221)和第二电阻(1222)，所述第一电阻(1221)的一端和所述第二电阻(1222)的一端连接，所述第一电阻(1221)的另一端分别与所述可调电阻(121)的另一端和所述三极管(123)的发射极(1231)连接，所述第二电阻(1222)的另一端与所述三极管(123)的基极(1232)连接。

7.根据权利要求6所述的用于确定电缆发生接地故障的装置(1)，其特征在于，所述信号控制组件(12)还包括旁路电容(125)，所述旁路电容(125)的一端分别与所述第一电阻(1221)的一端和所述第二电阻(1222)的一端连接，所述旁路电容(125)的另一端分别与所述桥式整流器(114)的第二输出端(1144)和所述继电器(124)的一端连接。

8.根据权利要求1所述的用于确定电缆发生接地故障的装置(1)，其特征在于，所述信号控制组件(12)还包括二极管(126)，所述二极管(126)与所述继电器(124)并联。

9.根据权利要求1所述的用于确定电缆发生接地故障的装置(1)，其特征在于，所述故障提示组件(13)还包括提示灯(136)和电源(137)，所述提示灯(136)的一端与所述响铃件(132)的另一端连接，所述提示灯(136)的另一端与电源(137)的一端连接，所述电源(137)的另一端与所述第一开关(131)的另一端连接。

10.一种用于确定电缆发生接地故障的系统，其特征在于，所述系统包括多个如权利要求1-9任一项所述的用于确定电缆发生接地故障的装置(1)和多个电缆(2)，所述用于确定电缆发生接地故障的装置(1)中的零序电流互感器(111)一一对应地套设在位于地面以上的所述电缆(2)上。

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